JP6170633B2 - 金属板から成る被加工物の成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、鋼又は他の金属から成る金属製の被加工物を加工する分野に関するものである。それは、特に、金属板材等の被加工物を成形するための装置に関するものである。

被加工物の機械加工は、例えば、打ち抜き、プレス加工、絞り加工、成形等、どんな加工を含んでいてもよい。

被加工物は、多くの場合、ポット形のコンポーネントである。ポット形のコンポーネントは、基部、ポット壁及び絞り加工された端部を備える。そのようなコンポーネントは、多くの場合、渦巻きばねの端部を受けるためのばねカップとして使用される。それらは、特に自動車産業において、多くのやり方で使用される。

そのようなばねカップを生産する場合、高強度の鋼は問題である。実際、このような鋼は、非常に高い引っ張り強度という利点を備えているので、より薄い厚さの鋼を使用することができ、それゆえに、より軽量の鋼を使用することができる。しかしながら、このような鋼は、比較的脆く、クラッキングの影響を受けやすい。これは、特に、成形する際に高い応力が加えられた遷移領域で発生する。クラッキングは、特に、ポット基部とポット壁との間、及び、ポット基部と絞り加工端部との間の遷移領域で発生する。

特許文献１には、成形品の深絞り加工のための深絞り加工用工作機械（ツール）が記載されている。該工作機械は、板材を締め付けるための環状の締め付け装置を備える。締め付け装置は、基部成形具及び壁成形具が絞り加工の方向に変位可能なスペースを包含している。前記成形具は、異なる速度で変位してもよい。これにより、より高い成形加工精度を達成する。

特許文献２には、アルミニウム容器を深絞り加工するための方法及び装置が記載されている。ここでは、２つの部品、すなわち、パンチ及びダイ（金型）が、互いに相対的に変位可能である。ここでは、上方へ動いているパンチの速度は、下方へ動いているダイの速度より大きくなり得る。これにより、大きな深絞り加工の比率を達成する。

特許文献３には、中空の本体を深絞り加工する際に、板厚方向の断面形状に影響を及ぼす方法が記載されている。これは、被加工物を段階的に曲げること（変形）、及び、再度曲げること（再変形）を含んでいる。再変形の際におけるパンチとダイとの間の相対速度は、変形の際における速度と比較して増加される。変形の際には、パンチは、再変形の際とは反対方向に移動する。変形及び再変形の際のパンチの速度は、等しくない。

特許文献４には、工作機械基部と工作機械上部との間の金属板保持力を制御するための成形プレスが記載されている。この場合、金属板ホルダーに圧力を加えるために、リニア（線型）又はロータリー（回転型）直接駆動装置を含む電気駆動装置が使用される。

特許文献５には、金属板材を成形するためのプラント及び方法が記載されている。しかしながら、開示されたプラントは、気圧又は液圧のクッションで動いているものでなく、プレッシャーボルトで動いているものでもない。

特許文献６には、被加工物を成形するためのプレスが記載されている。この文献は、プレスにおける被加工物の望ましくない変形の補正を扱っている。

成形工程における被加工物のクラッキングの危険性は、すべての既知の装置に存在する。そのようなクラッキングは、絞り加工の深さが深くなるとともに、主に、被加工物の端部の領域において発生する。

１つ以上の絞り加工のクッションは、先行技術の中で提供され、絞り加工の工程の際にプレス・ラムと同じくらい速く変位する。ラム・クッションは、作動中に、ラム速度で変位する。

ＤＥ １０２ ５４ １０３ Ｂ３ ＤＥ ２７ ２７ １７４ Ｃ２ ＤＥ １０ ２００７ ０５０ ５８１ Ａ１ ＷＯ ２００６／０００１８７ Ａ１ ＤＥ １０ ２０１２ ００５ ６３５ Ｂ３ ＤＥ １０ ２００７ ０３３ ９４３ Ａ１

本発明は、端部の領域においてクラッキングが発生することなく高強度の鋼を成形することができ、かつ、以前よりもより深い絞り加工の深さが達成されるような装置、プラント、方法及び被加工物を構成することを目的とする。

このような目的は、請求項１に記載の装置によって達成される。

本発明は多くの効果を有する。

− 絞り加工動作それ自体は制御されるが、他のものは制御されない。

− 請求項１において示される駆動装置は、工作機械の各部材に直接的に、つまり、機能部材の介在なしに、作用する。例えば、ボルト等のように、力の伝達のみを行う部材を、ここで使用することができる。しかしながら、間接作用も同様にあり得る。

１つ又は複数のサーボ・ユニットを介在させることによって、前記ボルトに、急激でなく、従来より滑らかに負荷がかかることが判明した。負荷をかける工程、及び、被加工物へのボルトからの衝撃は、既知の装置におけるよりもほんの数ミリセカンド長い程度の期間で、もたらされる。その結果、クラッキングの危険はかなり減少され、高品質で高強度の被加工物が生産される。

本発明の別の概念によれば、成形工程中に、絞り加工の方向に異なる速度で内側ダイ及び外側ダイを変位させることができるように、装置は構成される。そのため、各場合において、外側ダイと内側ダイとに、金属板ホルダーと協働することが求められる特別な駆動装置が割り当てられ、該駆動装置によって駆動される両方のダイは、成形工程中に異なる速度で絞り加工の方向に変位する。前記駆動装置は、以下において「バリオテンポ（Ｖａｒｉｏｔｅｍｐｏ）（Ｒ）ユニット」として言及される。バリオテンポ（Ｒ）ユニットを有するプレスにおいては、サーボ・ユニットは絞り加工の方向に、つまり、ラムの方向に、プレスのラムより高速で動く。

バリオテンポ（Ｒ）ユニットは、プレスの衝撃領域に分配されるようにして、複数個配設することができる。これは、自動車用の泥よけのような大きなコンポーネントにおいて重要になり得る。そのようなコンポーネントでは、被加工物にかかる負荷は、成形中又は動作において、特に大きくなることがあり得るので、成形中の被加工物の各部分にバリオテンポ（Ｒ）ユニットを配設することが推奨される。

バリオテンポ（Ｒ）ユニットは、プレス台に、若しくは、プレス・ラムに、又は、両方の装置に配置することができる。

それは、フローティング・プレートの上又は中に配置することができ、該フローティング・プレートは表面の上に押付力を分配するプレートである。

バリオテンポ（Ｒ）ユニットは、今あるプレス設備に後から取り付けることもできる。

本発明は、図面によって、より詳しく記載される。

統合されたサーボ・ユニットを有するプレスを示す概略図である。ここでは、サーボ・ユニットはプレス台に配設される。 統合されたサーボ・ユニットを有するプレスを示す概略図である。ここでは、サーボ・ユニットはプレスのラムに配設される。 サーボ・ユニットを示す概略図である。 成形ストロークの第１の成形段階において、予備成形された被加工物とともに、絞り加工装置を示す概略断面図である。ここでは、サーボ・ユニットは省略されている。 第２の成形段階終了直前の被加工物を示す図である。 成形工程が終了した被加工物を示す図である。 ６つの異なる成形ステーションにおける成形工程を示す図のうちの第１の図である。 ６つの異なる成形ステーションにおける成形工程を示す図のうちの第２の図である。 ６つの異なる成形ステーションにおける成形工程を示す図のうちの第３の図である。 ６つの異なる成形ステーションにおける成形工程を示す図のうちの第４の図である。 ６つの異なる成形ステーションにおける成形工程を示す図のうちの第５の図である。 ６つの異なる成形ステーションにおける成形工程を示す図のうちの第６の図である。

プレスは、とりわけ、プレス台１、柱２及びラム３を含んでいる。プレス台１とラム３との間で、ダイ及びパンチ（いずれも図示されていない）は、被加工物の上部、及び、被加工物の基部をそれぞれ支持する。

サーボ・ユニットは、液圧室の形式の２つのサーボ・クッション４と、さらに、各サーボ・クッション４について、１つのサーボ・ポンプ５及び１つのサーボモーター６とを備える。ボルト７は、プレス台１に配置される。前記ボルトは、それぞれのサーボ・クッション４によって負荷がかけられ、これにより、垂直方向に上下に移動する。

サーボ・クッション４は、それぞれ、異なる数のボルト７に対応するように割り当てられてもよい。したがって、１つの個別のボルトは１つのサーボ・クッションに対応するように割り当てられる。しかし、２つ以上のボルトを１つのサーボ・クッションに対応するように割り当てることもできる。

本実施の形態では、サーボ・ユニットの作動媒体は液体である。それは、気圧システムであってもよい。

図２では、サーボ・ユニットは、ラム３に割り当てられている。ポンプ５のみが示されている。

図１及び２に示されるような２つの実施例では、サーボ・ユニットは、プレス台又はラムにそれぞれ構造的に統合されている。

図３において、サーボ・ユニットは、概略ではあるが、より詳しく説明されている。ここでは、サーボ・ユニットはパンチ８に統合されている。サーボ・ユニットは、パンチに代えて、ダイに統合されてもよい。

３つのサーボ・ユニット４が見て取れる。サーボ・ユニット４は、それぞれ２つのボルト７に作用する。サーボ室４は、それぞれサーボ・ポンプ５によって作動させられ、サーボ・ポンプ５はサーボモーター６によって駆動される。

ここで、１つの個別のサーボモーター・ポンプ・セットを１つのサーボ・ユニット４に割り当てることができる。しかし、複数のサーボ・ユニット４が単一のサーボモーター・ポンプ・セットによって作動させられるようにすることもできる。この場合、（図示されない）制御バルブが、各サーボ・ユニット４の上流に配置される。

一般的には、プレスの制御装置、成形工程のそれぞれの制御装置は、サーボ・ユニットの制御装置に接続されるであろう。

図４に示された絞り加工装置は、パンチ８及び金属板ホルダー９を備える。パンチ８は、幾分円錐形である。パンチ８は、基部成形面８．１及び壁成形面８．２を備える。サーボ・ユニット及びボルトを含む、図１〜３に示された概念は、図４には示されていない。しかしながら、このような概念が、図４に示されるような絞り加工装置において実現されていることが理解される。

パンチ８は金属板ホルダー９によって囲まれる。金属板ホルダー９は、支持面９．１を備える。金属板ホルダー９は環状の形状である。

内側ダイ１０はパンチ８の上に位置する。内側ダイは少なくとも、ほぼ円筒状である。内側ダイは外側ダイ１１によって囲まれる。外側ダイは環状の形状である。

内側ダイ１０は、また、基部成形面１０．１を有する。外側ダイ１１は環状の形状である。外側ダイは、壁成形面１１．１を備え、さらに、金属板ホルダー９の支持面９．１に被加工物１２の絞り加工端部１２．３を押さえ付けるための、締め付け面１１．２を備える。被加工物１２は、円板状の板材から成形されたものである。被加工物は、基部１２．１、壁１２．２、及び、前述の絞り加工端部１２．３を備える。

絞り加工装置は以下のように作動する。最初に、加工装置は開いている、すなわち、外側ダイ１１の締め付け面１１．２が、ほぼ、内側ダイ１０の基部成形面１０．１の高さに位置する。金属板ホルダー９の支持面９．１は、同じ高さ又はさらに高いところに位置し、被加工物１２を挿入するのに十分なようになっている。

この段階で、被加工物１２は絞り加工装置に挿入され、支持面９．１と締め付け面１１．２との間で締め付けられる。そして、絞り加工装置の実際の作動段階がスタートする。すると、内側ダイ１０及び外側ダイ１１は、予備成形された被加工物１２、及び、金属板ホルダー９とともに、下降する。ここで、前述の部材（内側ダイ１０、外側ダイ１１、金属板ホルダー９及び予備成形された被加工物）は、同じ速度で下降する。

本発明によれば、この状態は次の段階で変化する。そして、内側ダイ１０は外側ダイ１１を追い越す。

続いて、もう１つ次の段階では、外側ダイ１１は内側ダイ１０を追い越す。

これが、逆の順番で生じてもよいことに注意するべきである。

図４に説明された絞り加工装置は、一連の絞り加工のステーションのうちの１つのステーションにすぎない。これら一連のステーションは、ここに図示されていない。実際には、これら一連のステーションは、工場内で、連続して接続されている。

ここでは、単一の絞り加工のステーションだけが、本発明に従って構成されている、つまり、絞り加工の工程の間に、内側ダイ１０と、外側ダイ１１及び金属板ホルダー９とに異なる速度を付与することができる駆動装置を備えている、ことが要求されている。

異なる絞り加工のステーションを離れた後の被加工物の外観は、図７〜１２のように見て取れる。

本発明の効果は以下のように要約することができる。

− 成形工程は、最適の方法で動作し、高品質の被加工物を得ることができる。

− 本発明は、泥よけ等の大きな被加工物に、特に良好に適用することができる。このような被加工物は、各部分で異なる成形がなされるので、各部分の材料が異なる負荷を受けることがある。このような問題は、複数のバリオテンポ（Ｒ）ユニットを、被加工物の全領域に分散するようにして使用し、成形工程中における内側ダイ及び外側ダイの速度比を適切に設定することによって、解決し得る。

− 全体的な制御は、比較的簡素であると理解することができ、ボルトの動作の制御及びプレス全体の制御は、簡素な方法で相互に適合し得る。

− システムは、既存の設備において容易に実現し得る。

１ プレス台
２ 柱
３ ラム
４ 液圧室の形式のサーボ・ユニット
５ サーボ・ポンプ
６ サーボモーター
７ ボルト
８ パンチ
８．１ 基部成形面
８．２ 壁成形面
９ 金属板ホルダー
９．１ 支持面
１０ 内側ダイ
１０．１ 基部成形面
１１ 外側ダイ
１１．１ 壁成形面
１１．２ 締め付け面
１２ 被加工物
１２．１ 被加工物の基部
１２．２ 被加工物の壁
１２．３ 絞り加工端部

Claims (6)

1. 金属板材を成形する装置であって、
   プレス台（１）、垂直の柱（２）、クロス・ヘッド及びラム（３）を有するプレス・フレームと、
   外側及び内側ダイ（１１、１０）を備える工作機械上部分、並びに、パンチ（８）及び金属板ホルダー（９）を備える工作機械基部分と、
   ２つの工作機械部分のうちの少なくとも１つに付属する、少なくとも１つの駆動装置と、を備え、
   該駆動装置は、
   垂直にプレスの方向にスライド可能に、プレス台（１）及び／又はラム（３）に配置された複数のボルト（７）であって、各工作機械部分に作用する、複数のボルト（７）と、
   個別又はグループのボルト（７）に対してプレスの方向に作用する、複数の気圧又は液圧のサーボ・クッションと、
   該サーボ・クッションを充填するサーボ・ポンプ（５）であって、サーボモーター（６）によって駆動されるサーボ・ポンプ（５）とを備え、
   前記パンチ（８）は、基部成形面（８．１）及び壁成形面（８．２）を備え、
   前記パンチ（８）を囲む環状の金属板ホルダー（９）は、支持面（９．１）を有し、
   前記内側ダイ（１０）は基部成形面（１０．１）を有し、
   前記外側ダイ（１１）は、壁成形面（１１．１）と、被加工物（１２）の外周面を把持する締め付け面（１１．２）とを有し、
   １つの駆動装置は、一方において内側ダイ（１０）に割り当てられ、他方において外側ダイ（１１）と金属板ホルダー（９）とに割り当てられ、割り当てられている両方を絞り加工の方向に異なる速度で変位させることを特徴とする装置。
2. 前記サーボモーターとサーボ・ポンプとの１つのセットが、１つの液圧のサーボ・クッションに割り当てられている請求項１に記載の装置。
3. 前記サーボモーターとサーボ・ポンプとの１つのセットが単数又は複数の液圧のサーボ・クッションに割り当てられ、サーボ・クッションに供給される媒体の圧力及び／又は量を制御する制御バルブが、サーボモーターとサーボ・ポンプとのセットに割り当てられている請求項１又は２に記載の装置。
4. プレスの制御及びサーボ・ユニットの制御を互いに調整する全体制御が行われる請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
5. 少なくとも１つの内側ダイは、異なる位置で被加工物に作用する請求項４に記載の装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置を作動させる方法であって、
   （１）開始期間において、両側のダイが等しい速度で同じ方向に動くステップ、
   （２）中間段階において、両側のダイは同じ方向に動くが、外側ダイより内側ダイが高い速度で動くステップ、又は
   （３）最終段階において、外側ダイが一定速度で動き続ける間に、内側ダイは静止するステップを有することを特徴とする装置を作動させる方法。

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